Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена

"Рандом сополимер"

СП 40-101-96

2. Проектирование трубопроводов

2.1. Проектирование систем трубопроводов связано с выбором типа труб, соединительных деталей и арматуры, выполнением гидравлического расчета, выбором способа прокладки и условий, обеспечивающих компенсацию тепловых изменений длины трубы без перенапряжения материала и соединений трубопровода. Выбор типа трубы производится с учетом условий работы трубопровода: давления и температуры, необходимого срока службы и агрессивности транспортируемой жидкости.

2.2. Сортамент труб, соединительных деталей и арматуры приводится в прил. 3 .

2.3. Гидравлический расчет трубопроводов из PPRC заключается в определении потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих в трубе, в стыковых соединениях и соединительных деталях, в местах резких поворотов и изменений диаметра трубопровода.

2.4. Гидравлические потери напора в трубах определяются по номограммам рис. 2.1. и 2.2.

Расход, л/сек.

Потеря напора на трение, мм/м

Рис. 2.1. Номограмма для инженерного гидравлического расчета холодного водопровода из труб PPRC (PN10)

Пример определения

Дано: труба PPRC 32PN10,

расход жидкости 1 л/с

По номограмме: средняя скорость течения жидкости 1,84 м/с, потеря напора 140 мм/м

Расход, л/сек.

Потеря напора на трение, мм/м

Рис. 2.2. Номограмма для инженерного гидравлического расчета холодного водопровода из труб PPRC (PN20)

Пример определения

Дано: труба PPRC50 PN20,

расход жидкости 1 л/с

По номограмме: средняя скорость течения жидкости 1,1 м/с, потеря напора 45 мм/м

2.5. Гидравлические потери напора в стыковых соединениях можно принять равными 10-15% величины потерь напора в трубах, определенными по номограмме. Для внутренних водопроводных систем величину потерь напора на местные сопротивления, в соединительных деталях и арматуре рекомендуется принимать равной 30% величины потерь напора в трубах.

2.6. Трубопроводы в зданиях прокладываются на подвесках, опорах и кронштейнах открыто или скрыто (внутри шахт, строительных конструкций, борозд, в каналах). Скрытая прокладка трубопроводов необходима для обеспечения защиты пластмассовых труб от механических повреждений.

2.7. Трубопроводы вне зданий (межцеховые или наружные) прокладываются на эстакадах и опорах (в обогреваемых или необогреваемых коробах и галереях или без них), в каналах (проходных или непроходных) и в грунте (бесканальная прокладка).

2.8. Запрещается прокладка технологических трубопроводов из PPRC в помещениях, относящихся по пожарной опасности к категориям А, Б, В.

2.9. Не допускается прокладка внутрицеховых технологических трубопроводов из пластмассовых труб через административные, бытовые и хозяйственные помещения, помещения электроустановок, щиты системы контроля и автоматики, лестничные клетки, коридоры и т.п. В местах возможного механического повреждения трубопровода следует применять только скрытую прокладку в бороздах, каналах и шахтах.

2.10. Теплоизоляция трубопроводов водоснабжения выполняется в соответствии с требованиями СНиП 2.04.14-88 (раздел 3).

2.11. Изменение длины трубопроводов из PPRC при перепаде температуры определяется по формуле

L = 0,15 x L x t (2.1)

где L - температура изменения длины трубы, мм;

0,15 - коэффициент линейного расширения материала трубы, мм/м;

L - длина трубопровода, м;

t - расчетная разность температур (между температурой монтажа и эксплуатации), С.

2.12. Величину температурных изменений длины трубы можно также определить по номограмме рис. 2.3.

Температура t, ° С

Изменение длины трубы L, мм

Пример: T 1 = 20 ° C, t 2 = 75 ° C, L = 6,5 м.

По формуле 2.1

L = 0,15 x 6,5 x (75 - 20) = 55 мм

t = 75 - 20 = 55 ° С.

По номограмме = 55 мм.

2.13. Трубопровод должен иметь возможность свободно удлиняться или укорачиваться без перенапряжения материала труб, соединительных деталей и соединений трубопровода. Это достигается за счет компенсирующей способности элементов трубопровода (самокомпенсация) и обеспечивается правильной расстановкой опор (креплений), наличием отводов в трубопроводе в местах поворота, других гнутых элементов и установкой температурных компенсаторов. Неподвижные крепления труб должны направлять удлинения трубопроводов в сторону этих элементов.

2.14. Расстояние между опорами при горизонтальной прокладке трубопровода определяется из табл. 2.1.

Таблица 2.1

Расстояние между опорами в зависимости от температуры воды в трубопроводе

2.15. При проектировании вертикальных трубопроводов опоры устанавливаются не реже чем через 1000 мм для труб наружным диаметром до 32 мм и не реже чем через 1500 мм для труб большого диаметра.

2.16. Компенсирующие устройства выполняются в виде Г-образных элементов (рис. 2.4), П-образных (рис. 2.5) и петлеобразных (круговых) компенсаторов (рис. 2.6).

Рис. 2.4. Г-образный элемент трубопровода

Рис. 2.5. П-образный компенсатор

Рис. 2.6. Петлеобразный компенсатор

2.17. Расчет компенсирующей способности Г-образных элементов (рис. 2.4) и П-образных компенсаторов (рис. 2.5) производится по номограмме (рис. 2.7) или по эмпирической формуле (2.2)

где L k - длина участка Г-образного элемента, воспринимающего температурные изменения длины трубопровода, мм;

d - наружный диаметр трубы, мм;

L - температурные изменения длины трубы, мм.

Величину L k можно также определить по номограмме (рис. 2.7).

(2.2)

Рис. 2.7. Номограмма для определения длины участка трубы, воспринимающего тепловое удлинение

Пример: d н = 40 мм,

По формуле 2.2

По номограмме L = 1250 мм

2.18. Конструирование систем внутренних трубопроводов рекомендуется производить в следующей последовательности:

На схеме трубопроводов предварительно намечают места расположения неподвижных опор с учетом компенсации температурных изменений длины труб элементами трубопровода (отводами и пр.);

Проверяют расчетом компенсирующую способность элементов трубопровода между неподвижными опорами;

Намечают расположение скользящих опор с указанием расстояний между ними.

2.19. Неподвижные опоры необходимо размещать так, чтобы температурные изменения длины участка трубопровода между ними не превышали компенсирующей способности отводов и компенсаторов, расположенных на этом участке, и распределялись пропорционально их компенсирующей способности.

2.20. В тех случаях, когда температурные изменения длины участка трубопровода превышают компенсирующую способность его элементов, на нем необходимо установить дополнительный компенсатор.

2.21. Компенсаторы устанавливаются на трубопроводе, как правило, посредине, между неподвижными опорами, делящими трубопровод на участки, температурная деформация которых происходит независимо друг от друга. Компенсация линейных удлинений труб из PPRC может обеспечиваться также предварительным прогибом труб при прокладке их в виде "змейки" на сплошной опоре, ширина которой допускает возможность изменения формы прогиба трубопровода при изменении температуры.

2.22. При расстановке неподвижных опор следует учитывать, что перемещение трубы в плоскости перпендикулярно стене ограничивается расстоянием от поверхности трубы до стены (рис. 2.4). Расстояние от неподвижных соединений до осей тройников должно быть не менее шести диаметров трубопровода.

2.23. Запорная и водоразборная арматура должна иметь неподвижное крепление к строительным конструкциям для того, чтобы усилия, возникающие при пользовании арматурой, не передавались на трубы PPRC.

2.24. При прокладке в одном помещении нескольких трубопроводов из пластмассовых труб их следует укладывать совместно компактными пучками на общих опорах или подвесках. Трубопроводы в местах пересечения фундаментов зданий, перекрытий и перегородок должны проходить через гильзы, изготовленные, как правило, из стальных труб, концы которых должны выступать на 20-50 мм из пересекаемой поверхности. Зазор между трубопроводами и футлярами должен быть не менее 10-20 мм и тщательно уплотнен несгораемым материалом, допускающим перемещение трубопроводов вдоль его продольной оси.

2.25. При параллельной прокладке трубы из PPRC должны располагаться ниже труб отопления и горячего водоснабжения с расстоянием в свету между ними не менее 100 мм.

2.26. Проектирование средств защиты пластмассовых трубопроводов от статического электричества предусматривается в случаях:

Отрицательного воздействия статического электричества на технологический процесс и качество транспортируемых веществ;

Опасного воздействия статического электричества на обслуживающий персонал.

2.27. Для обеспечения срока службы трубопроводов горячего водоснабжения из труб PPRC не менее 25 лет необходимо поддерживать рекомендуемые режимы эксплуатации (давление, температуру воды), указанные в прил. 2 .

2.28. Принимая во внимание диэлектрические свойства труб из PPRC, металлические ванны и мойки должны быть заземлены согласно соответствующим требованиям действующих нормативных документов.

Тепловое удлинение

При проектировании и проведении монтажных работ необходимо учитывать те-пловое удлинение трубопроводов. Неармированные полипропиленовые трубы имеют значительное тепловое расширение. У полипропиленовых труб, армированных алюминием или стекловолокном, коэффициент линейного расширения в пять раз меньше по сравнению с неармированными трубами. Об этом нужно помнить всегда, приступая к монтажу той или иной системы.

Сравнительная таблица линейного расширения труб из различных материалов

Вопрос теплового расширения во многом решается правильным использованием опор и выбором конфигурации трубопровода. Одним из общих правил монтажа является стремление создать как можно более гибкую эластичную систему с минимумом жестких коротких узлов, имеющих малую способность к деформации. Игнорирование указаний по компенсации линейных расширений трубопровода вызывает высокие продольные напряжения в стенках труб и тем самым существенно сокращает срок службы системы. Неверно выбранные расстояния между креплениями трубопровода также негативно сказываются на сроке службы. Произвольное увеличение расстояния между опорами может повлечь увеличе-ние прогиба трубы и защемление ее на опорах, что исключает прямолинейность и возможность свободного удлинения или укорочения трубопровода в период эксплуатации, а также создает дополнительные усилия на конструкцию опор.

Тепловое удлинение/укорочение трубопровода Δ l , мм, независимо от его диаметра определяют по формуле

Δ l = α/Δ t ,

где α - коэффициент линейного удлинения,

Δt - разность между температурами при эксплуатации и при монтаже.

Если температура трубопровода при эксплуатации выше температуры мон-тажа, то длина трубопровода увеличивается, и наоборот.

Чтобы исключить появление ошибки в расчетах, целесообразно обозначать удлинение со знаком плюс (+Δl), а укорочение со знаком минус (-Δl).

Продольное усилие, возникающее в жестко закрепленном участке трубо-провода, не зависит от его длины, поэтому необходимо учитывать влияние те-пловых напряжений в любом закрепленном участке трубопровода.

Трубопровод должен свободно удлиняться или укорачиваться без перена-пряжения материала труб, соединительных деталей, шва трубопровода, а также подвижных (скользящих) и неподвижных (мертвых) опор. Это обеспечивается благодаря компенсирующей способности элементов трубопровода (самокомпенсация) и компенсаторов, а также правильной расстановки подвижных и неподвижных опор.

Неподвижные опоры должны направлять линейное тепловое удлинение трубопровода в сторону компенсирующих элементов. Расстояния между опорами рассчитываются на основании нормативных документов (СП 40-101-96, СП 40-102-2001 и технический каталог компании «Эгопласт» «Система трубопроводов для водоснабжения и отопления», часть 1) в зависимости от ма-териала, наружного диаметра, толщины стенок трубы, температуры и массы транспортируемых веществ. При этом должно обеспечиваться сохранение пря-молинейности трубопровода на весь расчетный период эксплуатации. Если расчет произведен неверно или же он совсем не производился, то негативный результат не заставит себя ждать.

Шероховатость и диаметр

При проектировании напорных трубопроводных систем определяющее зна-чение имеют их гидравлические расчеты. Они служат основой для вычисления диаметра труб и подбора насосного оборудования, которые обеспечивают требуемый режим работы этих систем в течение всего срока эксплуатации. Качество выполненных гидравлических расчетов определяет экономичность как самого трубопровода, так и всего ком-плекса связанных с ним сооружений. Полимерные трубы имеют очень гладкую внутреннюю поверхность и малые гидравлические потери, что позволяет использовать трубы меньшего диаметра, чем стальные. Монтаж становится более компактным и экономичным. Из приведенной ниже таблицы видно, что коэффициент эквивалентной шероховатости полипропиленовой трубы на два порядка ниже по сравнению со стальной трубой. Поэтому, когда у заказчика появляется вопрос: «Почему при замене стальной трубы на полипропиленовую был выбран меньший диаметр?», можно привести данную таблицу, даже если у вас нет под рукой гидравлического расчета системы.

Коэффициент эквивалентной шероховатости трубопроводов в зависимости от материала труб

Изоляция

Для предотвращения возникновения избыточных напряжений и повреждения полипропиленовых труб о строительные конструкции, их необходимо замоноличивать в изоляции. Чтобы избежать появления конденсата на трубах в системах холодного водоснабжения, монтаж трубопроводов также необходимо производить в изоляции. Изоляция трубопроводов системы горячего водоснабжения обеспечивает снижение тепловых потерь в окружающую среду.

Сварка и крепеж

В трубопроводах из полипропилена сварное соединение практически не снижает надежности системы, количество соединительных и установочных элементов при соблюдении всех правил сварки не имеет значения. При сварке полипропиленовых труб и фитингов необходимо соблюдать рекомендации и требования, изложенные в «Руководстве по монтажу напорных трубопроводных систем из полипропилена».

Коэффициенты сопротивления полипропиленовых фитингов ниже, чем у чугунных. Запорная арматура отличается высокой надежностью, усилия от затяжки резьбы отсутствуют. При размещении труб на стенах и потолках не рекомендуется использовать неподвижные опоры. Неподвижные опоры, как правило, фиксируют тяжелые трубные узлы или тяжелые элементы трубопровода, не имеющие собственных креплений (например, фильтры или краны).

При проведении монтажных работ не допускается использование трубного (газового) ключа для затяжки комбинированных полипропиленовых фитингов. Использование данного ключа приводит к разрушению фитингов. Соблюдение всех этих нормативных правил обеспечит надежную и безаварийную эксплуатацию системы трубопроводов в течение всего расчетного периода ее эксплуатации.

С анализом технологий производства и анализом текущего состояния и прогнозом рынка Вы можете познакомиться в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков: «Рынок полипропиленовых труб в России».

Ю. Д. Олейников, к. т. н., компания «Эгопласт», руководитель направления «Отопление»

За последние десять лет полипропиленовые трубы стали пользоваться популярностью, как у профессиональных строителей, так и у тех людей, кто занимается обустройством своей квартиры или загородного дома. Отправляясь за покупкой, многие столкнулись с проблемой выбора изделия, так как труб из полипропилена на рынке предлагают очень много. Но, прежде всего, параметры полипропиленовых труб должны соответствовать параметрам вашей инженерной системы.

Срок службы

1. Срок службы полипропиленовых труб составляет 50 лет в системе холодного водоснабжения. В отопительной системе, а также в системе горячего водоснабжения они прослужат 25 лет, сохраняя при этом все свои изначальные характеристики.

2. Нужно знать, что максимальный срок эксплуатации труб из полипропилена зависит от правильной комбинации двух важных факторов: давления и температуры. При высокой температуре и маленьком давлении или же все наоборот, трубы могут служить долго. Это даже указывается в специальных таблицах. Но если и давление, и температура будут большими, то трубы прослужат недолго.

3. Что же сделать, чтобы трубы прослужили как можно дольше? Чтобы срок службы был максимальным, то есть, 50 лет должна быть температура не больше 60-75 градусов или же давление не больше 4-6 атмосфер. Вообще то, труба из полипропилена прослужит столько, сколько она сможет выдержать без разрушений с учетом коэффициента надежности воздействия постоянной на нее температуры и давления. И если соблюдать все эксплуатационные параметры, которые указываются в строительных нормах, трубы из полипропилена прослужат долго.

Полипропиленовые трубы и мороз

Полипропиленовые трубы могут использоваться при температуре до 40 градусов мороза. Морозостойкость у них высокая. При морозе они не потрескаются и зимой не разморозятся даже на небольшой глубине закапывания. Даже если в трубах замерзнет вода, они не разрушаются, а только немного увеличатся в размере, при оттаивании они становятся прежнего размера. Единственное, что нужно опасаться – это внешнего большого давление на трубу, так она может лопнуть. Несмотря на нормы температуры, температура горячей воды в отопительной системе может в некоторых регионах превысить указанные 95 градусов. В первую очередь это относится к регионам с резко континентальным климатом: Якутии, Дальнему Востоку и Сибири. Если температура будет 52 градуса мороза, то для обогрева зданий при такой высокой температуре воду в теплотрассах приходится нагревать намного выше точки кипения. И при этом полипропиленовые трубы могут пострадать. Поэтому вывод один: трубы из полипропилена можно смело использовать в отоплении и системе водоснабжения везде, кроме самых холодных регионов.

Шероховатость и диаметр

1. При проектировании напорной трубопроводной системы важное значение имеют ее гидравлические расчеты. По ним вычисляют диаметр труб и подбирают насосное оборудование, обеспечивающее нужный режим работы вышеуказанной системы за весь срок эксплуатации.

2. У полипропиленовых труб довольно гладкая внутренняя поверхность и маленькие гидравлические потери. Это позволяет использовать в монтаже трубы из полипропилена меньшего диаметра, чем стальные. Монтаж оказывается более экономичным и компактным.

3. Коэффициент шероховатости эквивалентной у полипропиленовых труб составляет 0,003-0,005 мм. У новых стальных труб – 0,2 мм. Поэтому становится понятно, почему при замене стальной трубы на полипропиленовую выбирают трубу с меньшим диаметром.

Гидравлический расчет обычного бытового трубопровода выполняется при помощи уравнения Бернулли:

(z 1 + p 1 /ρg + α 1 u 2 1 /2g) - (z 2 + p 2 /ρg + α 2 u 2 2 /2g) = h 1-2 -.

Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода .

В данном уравнении h 1-2 - потери напора (энергии) на преодоление всех видов гидравлического сопротивления, которое приходится на единицу веса перемещающейся жидкости.

h 1-2 = h t + Σh м.

• h t - потери напора на трение по длине потока.
• Σh м - суммарные потери напора на местном сопротивлении.

Потери напора на трение по длине потока вы можете рассчитать по формуле Дарси-Вейсбаха

h t = λ(L/d)(v 2 /2g).

• где L -длина трубопровода.
• d -диаметр участка трубопровода.
• v - средняя скорость перемещения жидкости.
• λ -коэффициент гидравлического сопротивления, который в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности труб разных типов и видов указаны в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d указаны в таблице 3.

В случае, когда режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ находится по персональным для каждого отдельного случая формулам (табл. 4).

Если турбулентное течение развито и функционирует с достаточной степенью точности, то при определении λ можно использовать формулы для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока R г (d=4R г)

R г = w / c .

• где w- площадь «живого» сечения потока.
• c- «смоченный» его периметр (периметр «живого» сечения по контакту жидкость - твердое тело)

Потери напора в местных сопротивлениях можно определить по форм. Вейсбаха

h м = ζ v 2 /2g.

• где ζ - коэффициент местного сопротивления, который зависит от конфигурации местного сопротивления и числа Рейнольдса.

При развитом турбулентном режиме ζ = const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления L экв. т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого h t = h м. В данном случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к фактической длине трубопровода добавляется сумма их эквивалентных длин

L пр =L + L экв.

• где L пр - приведенная длина трубопровода.

Зависимость потерь напора h 1-2 от расхода называется характеристикой трубопровода .

В случаях когда движение жидкости в трубопроводе обеспечивает центробежный насос, то для определения расхода в системе насос - трубопровод выстраивается характеристика трубопровода h =h(Q) с учетом разности отметок ∆z (h 1-2 + ∆z при z 1 < z 2 и h 1-2 - ∆z при z 1 >z 2) накладывается на напорную характеристику насоса H=H(Q) , которая приведена в паспортных данных насоса (смотреть рисунок). Точка пересечения таких кривых указывает на максимально возможный расход в системе.

Сортамент труб.

Значения коэффициентов эквивалентной шероховатости ∆ для труб из различных материалов.

Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса и эквивалентной шероховатости труб.

• ∆ - абсолютная шероховатость трубы.
• d. r - диаметр. радиус трубы. соответственно.
• ∆/d - относительная шероховатость трубы.

Основные формулы для ламинарного режима в трубах.

Коэффициенты некоторых местных сопротивлений z.